Ответьте на вопросы, страница 207 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему Н. Бор, уточняя модель атома Резерфорда, ввел постулаты?

2. Почему линейчатый спектр излучения невозможно объяснить частотой обращения электронов вокруг ядра?

1. Почему Н. Бор, уточняя модель атома Резерфорда, ввел постулаты?
Модель атома Резерфорда, известная как планетарная модель, представляла собой положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам вращаются электроны. Однако эта модель вступала в резкое противоречие с законами классической электродинамики и экспериментальными данными.
Согласно классической теории, электрон, движущийся с ускорением (а движение по круговой орбите является движением с центростремительным ускорением), должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Это привело бы к двум катастрофическим последствиям:
1. Нестабильность атома: Теряя энергию на излучение, электрон должен был бы двигаться по сужающейся спирали и в конечном итоге упасть на ядро за очень короткое время (порядка $10^{-11}$ с). Это означало бы, что атомы не могут существовать, что противоречит реальности.
2. Несоответствие спектра: Поскольку энергия и частота обращения электрона менялись бы непрерывно по мере его приближения к ядру, спектр излучения должен был бы быть сплошным (непрерывным). Однако эксперименты показывали, что атомы излучают свет только на определённых частотах, образуя дискретный, линейчатый спектр.
Чтобы разрешить эти противоречия, Нильс Бор в 1913 году предложил свою модель, основанную на двух новых, неклассических предположениях, которые он назвал постулатами. Эти постулаты были введены для того, чтобы согласовать теоретическую модель с наблюдаемыми фактами – стабильностью атомов и их линейчатыми спектрами. Первый постулат утверждал существование стационарных орбит, на которых электрон не излучает, а второй связывал частоту излучения с разностью энергий между этими орбитами.

Ответ: Н. Бор ввел постулаты для того, чтобы разрешить фундаментальные противоречия модели Резерфорда с классической физикой и экспериментальными фактами. Модель Резерфорда предсказывала нестабильность атома и сплошной спектр излучения, в то время как в реальности атомы стабильны и имеют линейчатый спектр. Постулаты Бора стали революционным шагом, отказавшимся от классических представлений в пользу новых квантовых правил, которые объясняли наблюдаемые явления.

2. Почему линейчатый спектр излучения невозможно объяснить частотой обращения электронов вокруг ядра?
В рамках классической физики предполагалось, что частота излучаемого света должна быть равна частоте обращения электрона вокруг ядра. Однако такой подход не может объяснить наблюдаемый линейчатый спектр по нескольким причинам.
Во-первых, согласно классической электродинамике, вращающийся электрон должен непрерывно терять энергию. Это привело бы к непрерывному изменению его частоты обращения и, следовательно, к сплошному спектру излучения, а не к набору дискретных линий.
Во-вторых, даже если предположить, что электрон может двигаться по стабильным орбитам (что само по себе является постулатом Бора), расчёты показывают, что частоты обращения электронов на этих орбитах не совпадают с частотами линий в наблюдаемом спектре. Например, частоты света, излучаемого атомом водорода, не равны ни частоте обращения электрона в исходном состоянии, ни частоте обращения в конечном состоянии.
Правильное объяснение было дано вторым постулатом Бора (правилом частот). Согласно этому постулату, атом излучает или поглощает квант света (фотон) при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. Частота $\nu$ этого фотона определяется не частотой движения электрона, а разностью энергий $E_n$ и $E_m$ начального и конечного стационарных состояний:
$h\nu = E_n - E_m$
где $\text{h}$ – постоянная Планка. Эта формула показывает, что частота излучения связана с изменением энергии всей системы "атом", а не с кинематическими характеристиками движения электрона на одной конкретной орбите.

Ответ: Линейчатый спектр невозможно объяснить частотой обращения электронов, так как, во-первых, классическая теория предсказывает сплошной, а не линейчатый спектр из-за непрерывной потери энергии электроном. Во-вторых, даже в рамках квантовой модели Бора рассчитанные частоты обращения электрона на стационарных орбитах не совпадают с частотами наблюдаемых спектральных линий. Согласно второму постулату Бора, частота излучения определяется разностью энергий двух стационарных состояний, между которыми происходит переход электрона, а не частотой его механического движения.